|
Mirosław Wciślik, Robert KAZAŁA, Michał ŁASKAWSKI PROCESY ElektrotechnOLOGICZNE
|
 |
Monografia zawiera wybrane prace z prezentowanych na konferencji naukowo-technicznej Modelowanie i Sterowanie Procesów Elektrotechnologicznych zorganizowanej w Kielcach pod koniec 2014 roku pod patronatem m.in. Komitetu Elektrotechniki PAN przez Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki Politechniki Świętokrzyskiej . Prace te po prezentacji i dyskusjach w trakcie konferencji zostały zmodyfikowane i dodatkowo recenzowane. Po uwzględnieniu uwag recenzentów zostały zebrane w niniejszej monografii jako podrozdziały pięciu rozdziałów.
W rozdziale pierwszym przedstawiono cztery prace dotyczące modelowania matematycznego procesów elektrotechnologicznych. Pierwsza z nich autorstwa Andrzeja Frączyka , Jacka Kucharskiego oraz Piotra Urbanka, przedstawia numeryczne modelowanie odwzorowania rozkładu temperatury na powierzchni nagrzewanego, wirującego walca. W drugiej pracy Tomasz Kwaśniewski przedstawił model matematyczny układu wzbudnik wielowarstwowy – płyta przewodząca oraz analizę rozkładu prądów indukowanych w elementach tego układu. W trzeciej pracy, autorstwa Mirosława Wciślika i Karola Sucheni, zaproponowano prosty model matematyczny jednofazowego silnika reluktancyjnego z uwzględnieniem strat magnetycznych wraz z metodą identyfikacji jego parametrów na tej podstawie .Autor czwartej pracy, Dariusz Czerwiński, przedstawił model pola temperatury w układach cienkowarstwowych w stanach przejściowych taśm nadprzewodnikowych drugiej generacji z wykorzystaniem metody elementów skończonych. Uzyskane wyniki zweryfikowano pomiarowo.
W drugim rozdziale zamieszczono trzy prace dotyczące pomiarów i identyfikacji. W pierwszej z nich Piotr Urbanek, Jerzy Zgraja, Jacek Kucharski oraz Andrzej Frączyk przedstawili analizę relacji temperaturowych zmian impedancji układu grzejnego, uwzględniając jej zależność od częstotliwości zasilania wychodząc ze zmierzonych w stanie zimnym zależności tej impedancji w funkcji różnych częstotliwości napięcia zasilającego układ wzbudnik – wsad. Druga praca, autorstwa Antoniego Sawickiego oraz Macieja Haltofa, poświęcona jest zagadnieniom wyboru modelu łuku elektrycznego i metody wyznaczania jego parametrów dla zasilania łuku elektrycznego ze źródła prądowego sinusoidalnego. W trzeciej pracy, Aleksander Skała i Zbigniew Waradzyn, opisują wyniki badań modelu jednołącznikowego quasi-rezonansowego falownika tyrystorowego do nagrzewania indukcyjnego z oryginalnym układem sterowania, który każdorazowo sprowadzał falownik do optymalnego punktu pracy. Omówiono wpływ pojemności obwodu rezonansowego jak również rodzaju wsadu. Porównano uzyskane dane pomiarowe z wynikami symulacji komputerowych .
Rozdział trzeci zawiera sześć prac dotyczących problemów układów zasilania i jakości energii. Pierwsza z nich, autorstwa Ryszarda Niedbały, Marcina Wesołowskiego oraz Daniela Kucharskiego, dotyczy racjonalnego wykorzystania energii elektrycznej do ogrzewania pomieszczeń bytowych. W pracy tej poddano analizie problematykę racjonalnej konstrukcji i eksploatacji zróżnicowanych układów elektrycznego ogrzewania podłogowego. Porównano dwa podstawowe przypadki ogrzewania podłogowego w systemie jedno i dwu taryfowym i zaproponowano układ sterowania dla racjonalnej eksploatacji układów grzejnych ogrzewania podłogowego. W drugiej z prac autorzy Janusz Rak, Marek Gała, Kazimierz Jagieła oraz Marian Kępiński przedstawili wskaźniki elektroenergetyczne charakteryzujących proces wytopu stali dla transformatorów piecowych różnych mocy. W pracy tej wykazano, że wymiana transformatora piecowego na jednostkę o większej mocy pozornej, pozwala na lepszą stabilizację pracy pieca łukowego, obniżenie zużycia elektrod a w konsekwencji wpłynie korzystnie na jakość procesu metalurgicznego w aspekcie obniżenia zużycia pozostałych mediów energetycznych. Trzecia praca, autorstwa Grzegorza Komarzyńca, dotyczy zjawiska zanikania nadprzewodnictwa w uzwojeniu transformatora HTS na skutek przepływu prądu włączenia. W pracy tej wykazano, iż prąd włączenia transformatora 10 kVA z uzwojeniami nadprzewodnikowymi (TrHTS) jest nieznacznie większy od prądu włączenia transformatora z uzwojeniami miedzianymi (TrCu). Mimo to nadprzewodnik nie przechodzi do stanu rezystywnego i nie występuje ryzyko uszkodzenia uzwojeń a czas tłumienia prądu włączania jest dwukrotnie dłuższy niż czas tłumienia w układzie z TrCU. Czwarta praca, której autorem jest Paweł A. Mazurek, dotyczy problemów jakości zasilania i EMC wybranych urządzeń elektrycznych. W pracy autor przedstawia wyniki badań szeregu urządzeń elektrycznych, takich jak żelazka, laptopy, żarówki energooszczędne oraz komputery stacjonarne. Przedstawione wynik pokazują, że starsze urządzenia takie jak komputery stacjonarne nie spełniają wymagań zgodności i kompatybilności elektromagnetycznej. Obecnie większość urządzeń projektowana jest już zgodnie z normami zgodności i EMC. W piątej pracy Michał Salwa przedstawił analizę pracy odnawialnych źródeł rozproszonych w warunkach pracy wybranej rzeczywistej linii elektroenergetycznej. Źródła odnawialne mogą wprowadzać do układu zakłócenia oscylacyjne o różnej amplitudzie, które są tłumione przez stabilny system elektroenergetyczny. Zakłócenia te mogą wpływać na jakość zasilania. Autor stwierdza, że rosnąca popularność odnawialnych źródeł energii i wzrost ilości generacji rozproszonej , może dodatkowo potęgować te zakłócenia. Możliwe jest takie sterowanie źródłami aby zakłócenia kompensowały się wzajemnie, redukując negatywne skutki. W pracy szóstej Mirosław Wciślik analizuje obwód prądu przemiennego z obciążeniem nieliniowym, zasilanym przez elementy R i L oraz z kompensacją mocy biernej. Autor stwierdza, iż zmiana charakteru nieliniowości zmienia zależność zastępczej indukcyjności obciążenia nieliniowego od amplitudy napięcia obciążenia nieliniowego. Zmianie ulega również zależność mocy czynnej i mocy biernej od wspomnianej amplitudy. Stwierdzono również występowanie składowych oscylacyjnych prądów, co może to mieć negatywny wpływ na jakość zasilania.
Czwarty rozdział dotyczy technologii laserowych i plazmowych i zawiera sześć prac. W pierwszej z nich Włodzimierz Zowczak przedstawia zagadnienia dotyczące analitycznego modelowania kształtu sfery przetopienia przy spawaniu laserowym. Przedstawiony jest uproszczony model kształtu sfery przetopienia, dla wyznaczenia przybliżonej granicy tego obszaru. Przedstawione w pracy rozwiązania mogą posłużyć do budowy modeli bardziej złożonych konfiguracji geometrycznych oddziaływania wiązki laserowej na materiał. W drugiej pracy Bogdan Antoszewski, Norbert Radek, Szymon Tofil oraz Jozef Boncek przedstawili metodę doboru parametrów laserowej ablacyjnej obróbki materiałów. Autorzy opisali badania eksperymentalne i dokonali analizy uzyskanych wyników. Zostały określone kryteria według których powinny być dobierane parametry obróbki. W trzeciej pracy są Rafał Banak, Włodzimierz Zowczak oraz Tomasz Mościcki przedstawili numeryczną symulację kształtu jeziorka spawalniczego w trakcie procesu spawania laserowego stali 304. Autorzy opracowali niestacjonarny model matematyczny geometrii sfery przetopieniowej, z uwzględnieniem procesu topnienia i krzepnięcia materiału , wymiany ciepła z otoczeniem poprzez konwekcję i radiację, straty ciepła wynikające z odparowania metalu oraz oddziaływań grawitacyjnych na próbkę. Zweryfikowano opracowany model badaniami laboratoryjnymi. Do symulacji użyto programu Fluent. W czwartej pracy Ihor Dzioba, Justyna Kasińska, Tadeusz Pała oraz Włodzimierz Zowczak opisali mikrostrukturę i właściwości złączy spawanych laserowo płyt za stali 16Mo3. Autorzy scharakteryzowali właściwości mechaniczne materiału w złączu spawanym oraz określili odporność na pękanie materiału złączy spawanych laserowo ze stali 16Mo3. Uzyskane wyniki badań pokazują, że poprawiono jakość materiału spoiny. Autorami piątej pracy są Hubert Danielewski oraz Włodzimierz Zowczak. Dotyczy ona oszacowania głębokości sfery przetopu dla laserowej dwuogniskowej głowicy spawalniczej. Przedstawiono eksperymentalne badanie rozkładu mocy dla tej głowicy, zaproponowano model matematyczny aproksymujący kształt sfery przetopu. Weryfikację parametrów modelu analitycznego dokonano dla eksperymentalnego przetopu materiału z zastosowaniem głowicy dwuogniskowej. Proponowany model może być pomocny do prognozowania kształtów przetopień i doborze parametrów laserowego spawania. W szóstej pracy Wojciech Żórawski, Anna Góral, Bogdan Antoszewski, Piotr Furmańczyk oraz Jacek Świderski analizują kompozyty natryskiwane zimnym gazem w procesach elektrotechnologicznych. Autorzy scharakteryzowali metody otrzymywania powłok kompozytowych, dokonali analizy mikrostruktury powłok kompozytowych Cu-Al2O3 i AL-AL2O3 natryskiwanych zimnym gazem oraz dokonali analizy topografii powierzchni tych powłok kompozytowych. Nakreślono również obszar zastosowania powłok natryskiwanych zimnym gazem.
Piąty rozdział zawiera prace z dziedziny technik informacyjnych i oprogramowania open-source. W pierwszej pracy Krzysztof Strzecha, Jerzy Zgraja oraz Tomasz Koszmider opisali opisano mechanizmy archiwizacji danych i serwisowej komunikacji zdalnego systemu nagrzewania indukcyjnego. Autorzy przedstawili architekturę zaimplementowanego nadzorującego systemu pomiarowego z serwerem nadrzędnym. W drugiej pracy Jerzy Zgraja przedstawił sposób wykorzystania interfejsu API komercyjnego pakietu FLUX w obliczeniach indukcyjnych układów grzejnych. W pracy opisano sposób wykorzystania interfejsu programowego pakietu FLUX w języku JAVA . Przedstawiono opracowany program służący do obliczeń elektromagnetycznych cylindrycznego układu grzejnego oraz do obliczeń elektromagnetyczno-cieplnych. Autorem trzeciej pracy jest Michał Łanczont. Praca dotyczy aspektów numerycznego modelowania dynamiki rozkładu temperatury w uproszczonym modelu szybu wentylacyjnego z wykorzystaniem programu SCILAB/XCOS z rozszerzeniem COSELICA. W pracy autor przedstawił model matematyczny szybu wentylacyjnego oraz jego implementację w programie SCILAB/XCOS. W czwartej pracy Robert Kazała zaprezentował problemy modelowania procesów i urządzeń elektrotechnologicznych w języku MODELICA. Autor pokazuje łatwość modelowania interdyscyplinarnego, które łączy elementy elektryczne, mechaniczne i schematy blokowe w ramach jednego modelu. W piątej pracy Michał Łaskawski przedstawił metody doboru nastaw regulatorów ciągłych w środowisku SCILAB/XCOS. Omówiono klasyczne metody doboru parametrów regulatora PID, takich jak metoda Ziglera-Nicholsa oraz metoda automatycznego doboru nastaw Astroma-Hagglunda. Opisano implementację opracowanej metody optymalnego doboru nastaw regulatora PID z wykorzystaniem całkowego wskaźnika jakości oraz sposób wykorzystania, wbudowanych w system SCILAB metod optymalizacji do doboru nastaw regulatora PID.